帶定位器智能閥門在化工控制應用

                    上海申弘閥門有限公司

之前介紹萬溯化學擴建自立式減壓閥，現在介紹帶定位器智能閥門在化工控制應用介紹智能閥門定位器的組成、工作原理、特點及其應用。闡述在化工控制過程中利用智能閥門定位器可實現高品質調節，增加過程控制的性和穩定性。
關鍵詞：智能閥門定位器 壓電閥 調校
調節閥是控制系統的終端，一旦其發生故障，將直接影響裝置的安全運行，對生產過程影響非常大。運用智能閥門定位器，能夠改善調節閥的流量特性和性能，可以通過與DCS或總線設備進行數字信息通訊，提升企業生產控制能力，為裝置的安全穩定生產提供保障。下面以美國FLOWSERVE公司生產的Logix520智能閥門定位器的應用為例，介紹智能閥門定位器。
調節閥是控制系統的終端，一旦其發生故障，將直接影響裝置的安全運行，對生產過程影響非常大。運用智能閥門定位器，能夠改善調節閥的流量特性和性能，可以通過與DCS或總線設備進行數字信息通訊，提升企業生產控制能力，為裝置的安全穩定生產提供保障。
1帶定位器智能閥門在化工控制應用常規定位器存在的不足
1)常規定位器多為機械力平衡原理，它采用噴嘴擋板機構，可動件較多，容易受溫度波動、外界振動等干擾的影響，耐環境性差；彈簧的彈性系數在惡劣環境下能發生改變，會造成調節閥非線性，導致控制質量下降；外界振動傳到力平衡機構，易造成部件磨損以及零點和行程漂移，也使定位器難以工作；
2) 由于噴嘴本身的特性，執行器在穩定狀態時也要大量消耗壓縮空氣，若使用執行器數量較多，能耗較大；而且噴咀本身是一個潛在故障源，易被灰塵或污物顆粒堵住，使定位器不能正常工作；
3) 常規定位器手動調校時需要使用設備、不隔離控制回路是不可能的，且零點和行程的調整互相影響，須反復整定，費時費力，非線性嚴重時，則更難調整。

2Logix520智能閥門定位器的組成和原理
2.1 Logix520智能閥門定位器的組成
Logix520智能閥門定位器是一種具有HART通信協議的智能閥門定位器，由三部分組成：微處理器電子控制的模件，包括HART通信模塊和就地用戶界面開關；電/氣動轉換器模件的壓電閥；閥位傳感器。
2.2 Logix520智能閥門定位器的工作原理
整個控制回路由兩線、4～20mA信號控制。HART模件送出和接收疊加在4～20mA信號上的數字信息，實現與微處理器的雙向數字通信。模擬量的4～20mA信號傳給微處理器，與閥位傳感器的反饋進行比較，微處理器根據偏差的大小和方向進行控制計算（一級控制），向壓電閥發出電控指令使其進行開、閉動作。
壓電閥依據控制指令脈沖的寬度對應于氣動放大器輸出壓力的增量，同時氣動放大器的輸出又被反饋給內控制回路，再次與微處理器的運算結果進行比較運算（二級控制），通過兩級控制輸出信號到執行機構，執行機構內空氣壓力的變化控制著閥門行程。當控制偏差很大時，壓電閥發出寬幅脈沖信號，使定位器輸出一個連續信號，大幅度的改變至執行機構的信號壓力驅動閥門快速動作；隨著閥門接近要求的位置，命令要求的位置與測得位置的差值變小，壓電閥輸出一個較小脈寬的脈沖信號，斷續、小幅度的改變至執行機構的信號壓力，使執行機構接近新命令位置的動作平緩。當閥門到達要求的位置（進入死區）時，壓電閥無脈沖輸出，定位器輸出保持為零，使閥門穩定在某一位置不動。

3Logix520智能定位器的調校
通過就地用戶界面DIP設置開關，可完成定位器的增益、正反作用、定位器特性以及是否允許自動調校等基本設置；在不增加工具的條件下，能夠進行自動或手動校準定位器；并且可以通過就地用戶界面手動控制按鈕,實現手動控制調節閥。
3.1自動調校
將“Quick_cal”DIP開關置于“自動”，按住定位器就地界面板上的“Quick_cal”按鈕約三秒鐘，定位器會全關閥門并登記0％位置，然后，打開閥門到停并登記100％位置，反復進行兩遍，在這一過程中，定位器要測量兩個方向的定位速度，以確定zui小的定位增量（第二遍過程中在50％略停檢測閥位中點偏移），其間面板上狀態指示燈會按“Y-R-G-G”的順序閃亮，表明校準正在進行中。當指示燈回到從綠燈開始的變化順序時，校準自動完成。
3.2手動調校
將“Quick_cal”DIP開關置于“慢進”，校準過程會在一開始時關閉閥門，零點位置自動定在閥座處，量程則需用戶手動設定；當面板上狀態指示燈按“Y-R-R-G”順序閃亮，使用“慢進↑”按鈕，手動把閥門調到約100％位置，然后同時按兩個“慢進”按鈕，閥門會進行開關行程，當面板上狀態指示燈再次按“Y-R-R-G”順序閃亮時，使用“慢進↑”按鈕，再次調節閥門到的100％，然后再次同時按兩個“慢進”按鈕，登記100％位置，在之后完成校準的過程中，再不需要操作。當指示燈回到從綠燈開始的順序時，完成校準。
這個功能使調校工作方便快捷，而且調校的線性好，精度高，響應速度和死區適中，穩定性好。

4Logix520閥門定位器的其他特點
1)就地面板裝有紅黃綠三個發光二極管，通過多種組合指示操作狀態或警告工況，具有診斷、監測功能；三個LCD閃亮順序組合所表示的基本含義：任何以綠色開始的閃亮順序，表明處于正常操作模式，沒有內部問題、錯誤和報警；任何以黃燈開始的閃亮順序，表明是在特殊校驗或測試狀態；任何以紅燈開始的閃亮順序，表明存在操作問題或故障。
2) 耗氣量非常小，在0.6 MPa穩定狀態下，僅為0.12NM3/h，不足常規定位器的8 ％；對氣源壓力的變化不敏感；
3) 采用同一型號既可用于直行程又可用于角行程；通過選配雙作用模件，可以實現控制雙作用活塞缸執行器；
4) “緊閉”功能默認設置起始風壓，確保執行機構對閥座適宜的定位壓力，使調節閥在不同工況下保證零位“緊密關閉”；
5) 使用HART通訊協議，與定位器進行雙向通信；

5在實際使用中應該注意的問題
5.1 對調節信號的帶負載能力有較高的要求
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥在實際使用過程中，由于Logix520定位器的輸入阻抗較高，當輸入信號為20mA時，供電電壓的zui小要求值為12VDC、帶負荷能力不小于600Ω，否則定位器不能正常工作；zui小輸入電流不小于3.6mA時，才能確保其性能。
5.2 應合理設置定位器的動作死區
定位器死區設置越小，定位精度越高，這就給人們造成一個誤區，以為死區越小越好，但這樣會使壓電閥及反饋桿等運動部件的動作越頻繁，有時會引起閥門振蕩，影響定位器和閥門的使用壽命，故定位器的死區設置不易過小；定位器設置更改后，必須重新調校后才能生效；
5.3 Logix520定位器的安裝
定位器的安裝有一個重要原則就是，定位器、閥桿、反饋桿三部分要構成閉環負反饋。安裝時可以這樣檢驗：定位器安裝后，閥桿和反饋桿不連接，用手轉動反饋桿，若閥桿動作方向與反饋桿動作方向相反，則說明已構成閉環負反饋；此時要將調節閥閥位置于50％，并使反饋桿處于水平位置，然后將反饋桿和閥桿固定，這樣可以保證定位器工作在*線性段。定位器安裝不平正，也會增加其線性偏差。
5.4 Logix520定位器流量特性的選擇
調節閥的流量特性是由閥芯的加工特性所決定的，如果工藝要求與其相符，則定位器的輸出特性應選擇線性輸出；在實際使用中，若閥芯特性與工藝要求不符，則可以通過定位器輸出特性的設置來改變閥門的整體流量特性，如可以將閥芯為線性特性的調節閥，通過把定位器輸出特性設置為等百分比特性，即可將具有線性閥芯的閥門變為等百分比流量特性的閥門來使用。
5.5 Logix520定位器的維修
定位器不同的功能模塊損壞，造成定位器無法使用時，如果整體更換，費用高昂；這時可以利用*的模塊對定位器進行重新組裝，但組裝后要根據不同的調節閥進行重新設置，由于使用定位器的調節閥（行程等）變了，利用自動調校可能達不到使用要求，這時可以先手動調校確定其行程，然后再用自動調校校準。這樣可以使調節閥定位、具有合適的響應速度，從而滿足過程控制的要求，也節約了大量的資金。

6Logix520閥門定位器在某廠的實際應用
1)某甲醇裝置C-203A/B/C氧壓機組震動劇烈，其回流管線上的PCV-2008A/B/C調節閥，使用常規定位器，噴嘴擋板不久即出現磨損，零點量程時有漂移，定位器頻繁損壞，過程控制質量極差、危及安全生產；采用Logix520定位器后，由于其全密封結構，可動部件很少，力轉換過程沒有機械傳動，消除了振動產生的干擾，使這個問題隨之化解，大大降低了維護量、節約了資金，保證了過程控制質量和裝置安全運行。
2)某裝置氣化爐廢鍋液位LCV-2003A/B調節閥，改造前使用常規定位器，安裝在氣化爐附近，工作環境溫度較高（80℃左右），介質狀態為高溫高壓（304℃、8MPa），為防止介質泄漏，將填料壓得較緊，導致閥桿動作遲滯緩慢，閥位產生階躍變化，穩定性較差，對過程控制影響較大。而且操作難度大，儀表維護量多；采用Logix520定位器后，定位器通過兩級控制，加之與主控氣路連在一起的壓電閥可以釋放很短的控制脈沖，使輸出至膜頭的信號更、更穩定，閥位的變化平穩；還可將定位器就地界面上的“valve stability”DIP開關撥到“Hi Friction”和“Lo Friction”選項中的“Hi Friction”端，用以消減閥桿承受的高摩擦力和不平衡力造成的影響，基本消除了上述問題。
3）2005年4月，儀表維護人員巡檢至某裝置加氫反應器液面調節閥LV-1501B時，發現Logix520閥門定位器的狀態指示燈顯示為“R-Y-Y-Y”，由此判斷并檢查出調節閥膜頭漏氣，及時進行了處理，避免了因調節閥動作失靈危及裝置安全生產；同樣還是維護人員巡檢時發現TV-0706B調節閥的Logix520閥門定位器狀態指示燈顯示“R-Y-Y-R”，由此檢查出減壓閥輸出變小，調節閥供氣壓力不足，無法滿足行程要求。維護人員檢查后發現減壓閥損壞，及時更換了減壓閥并按額定要求恢復氣源壓力，避免了操作過程中因調節不到位而影響過程控制和產品質量。
7結束語
由于采用微處理器和新型元件，智能定位器的性能有了很大的提高，適用范圍更廣，使用更加簡便、可靠。與本文相關的產品有化工隔膜閥構造原理